Запирание транзистора, т.е. переход транзистора из состояния насыщения в состояние отсечки, может происходить в течение нескольких микросекунд. За это время первичное напряжение может существенно возрасти, а вторичное напряжение увеличится незначительно, так как свободные колебания силы тока и напряжения в катушке зажигания, которые вызывают появление высокого напряжения во вторичной цепи, начинаются после запирания транзистора.
В процессе перехода транзистора в состояние отсечки и при свободных колебаниях в первичном и вторичном контурах катушки зажигания рабочая точка транзистора не должна выходить за пределы зоны безопасности работы транзистора в импульсном режиме. Сила тока в первичной цепи не должна превышать максимально допустимую силу тока коллектора транзистора, а напряжение на эмиттер-коллекторном переходе не должно быть больше граничного напряжения — напряжения первичного пробоя.
Граничное напряжение зависит от условий запирания транзистора. Напряжение пробоя эмиттер-коллекторного перехода транзистора всегда меньше напряжения пробоя диодного перехода база-коллектор, что обусловлено возникновением эффекта лавинного «умножения» носителей тока в коллекторном переходе. Граничное напряжение меньше при обрыве цепи базы и больше при активном запирании транзистора. Если допустимый уровень граничного напряжения выше, можно уменьшить коэффициент трансформации катушки, увеличить индуктивность ее первичной обмотки, уменьшить силу тока разрыва первичной цепи и, следовательно, температуру нагрева элементов системы зажигания.
ЭДС, индуктируемая в первичной обмотке катушки зажигания при запирании транзистора или при возникновении свободных колебаний в первичном и вторичном контурах системы зажигания, как правило, ограничивается стабилитроном.
В коммутаторах электронных транзисторных систем зажигания транзисторы обычно работают в ключевом режиме. Параметрами, характеризующими транзисторный ключ являются: сила тока коммутации; падение напряжения на эмиттерном переходе транзистора в состоянии насыщения (или сопротивление насыщения); время коммутации; допустимое напряжение на эмиттер-коллекторном переходе транзистора в состоянии отсечки.
Сила тока коммутации мощных выходных транзисторов в коммутаторах электронных систем зажигания находится в пределах 5—10 А. Сопротивление насыщения и, как следствие, падение напряжения на эмиттер-коллекторном переходе зависят от материала полупроводника и способа изготовления транзистора. У германиевых транзисторов сопротивление насыщения составляет 0,05—0,2 Ом, а для кремниевых может достигать 0,5 Ом.
Время коммутации тока транзисторным ключом определяется физическими свойствами транзистора и видом нагрузки, которая может быть активной, индуктивной, емкостной и смешанной. Это время невелико и мало влияет на процесс роста силы тока в индуктивной нагрузке первичной цепи катушки зажигания.
Время перехода транзистора из состояния насыщения в состояние отсечки определяется, главным образом, продолжительностью существования носителей тока в базовой области. Для того, чтобы ускорить процесс запирания транзистора и, тем самым, уменьшить степень нагрева транзистора, применяют различные схемные решения: шунтируют эмиттерный переход транзистора резистором; вводят источники активного запирания и т.д.
После перехода выходного транзистора коммутатора в состояние насыщения сила тока в первичной цепи катушки зажигания нарастает по экспоненциальному закону, который можно представить в виде математического выражения
где ЕАБ — ЭДС аккумуляторной батареи; R1∑ — суммарное сопротивление цепи первичной обмотки катушки зажигания с учетом сопротивления насыщения транзистора; L₁ — индуктивность первичной цепи; t — время.
Сила тока разрыва первичной цепи в начале перехода транзистора в состояние отсечки определяется по формуле
Оригинальная статья на веб-портале OpelBook.ru
где n — частота вращения коленчатого вала; Zц — число цилиндров двигателя; τз — время нахождения выходного транзистора в состоянии насыщения.
При низких частотах вращения коленчатого вала двигателя сила тока разрыва первичной цепи катушки зажигания, как правило, определяется суммарным сопротивлением первичной цепи, а при высоких значениях n зависит от индуктивности первичной обмотки катушки зажигания.
Так же, как и в классической контактной системе зажигания в транзисторных системах на вторичное напряжение влияют индуктивность первичной обмотки и емкость вторичной цепи катушки зажигания. Конденсатор в первичной цепи влияет не только на вторичное напряжение и на условия запирания транзистора, но и на мощность тепловых потерь в транзисторе. Подключение конденсатора параллельно первичной обмотке катушки зажигания способствует ускорению запирания транзистора, поэтому нагрев транзистора с увеличением емкости конденсатора уменьшается. Необходимая емкость конденсатора определяется частотными свойствами и допустимым напряжением эмиттер-коллекторного перехода транзистора и не зависит от индуктивности первичной обмотки катушки зажигания и параметров вторичной цепи.
Разрядные процессы в транзисторной системе зажигания протекают так же, как и в классической контактной системе зажигания. Время разряда возрастает с увеличением силы тока разрыва первичной цепи и индуктивности вторичной цепи катушки зажигания. В транзисторной системе зажигания запас энергии в катушке больше, поэтому время разряда в 1,5—2 раза превышает время разряда в классической контактной системе зажигания.
Комментарии посетителей